CN105722208A - 一种基于网络侧的导航通信深度融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种网络侧的导航通信深度融合系统，其只是在原通信系统的基础上进行了适应性的升级，增加了监测站和网络侧设备，完成基站时间的同步；在本发明中，所有的导航测距信息与通信信息融为同一系统中，且同一频段同一带宽，采用的均是3GPP通信信号的频段和带宽，并且使用目前已有的同一终端。这种方式不改变移动通信信号的任何协议，不对信号做任何的调整，不需要针对导航定位需求专门去架设无线电发射设备，不需单独申请频率资源，不需要额外的维护，不需要对终端进行升级改造，就能利用通信信号的测距信息在网络侧实现较高精度的融合定位。

Description

一种基于网络侧的导航通信深度融合方法

技术领域

本发明涉及移动通信与导航技术领域，尤其涉及一种基于网络侧的导航通信深度融合方法。

背景技术

近年来，人们对导航定位的需求与日俱增，特别体现在对导航定位的精度要求越来越高(从数十米到米级)，对导航定位区域的要求越来越广(从室外到室内)。但是，由于卫星信号到达地面时已经非常微弱，因此很容易受到建筑物、树木、车辆的遮挡，从而导致在城市峡谷(高层建筑物之间)等典型环境下定位性能急剧下降，甚至无法定位。此外，在室内、地下(如隧道、地下车库)等环境下，卫星导航信号将完全被遮挡，从而无法完成定位。

目前，随着移动通信业务的迅猛发展，无线基站建设和网络覆盖日益完善，在室内或城市环境条件下，移动通信网络信号的质量和强度都远远优于卫星导航信号。移动通信信号中本身包含了一定的测距、测角、测时信息，可以实现对终端的初步定位。但因移动通信网络存在非常大的非视距误差，且各基站间的时间并不同步，所以至今定位精度为几十米至几百米量级。

随着技术的发展和需求的提升，利用已有的通信基础建设，采用导航通信深度融合的方法解决定位的精度和覆盖性问题是非常现实和迫切的。

发明内容

本发明提供一种基于网络侧的导航通信深度融合方法，可基于现有的蜂窝移动通信网络的网络侧定位。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种网络侧的导航通信深度融合系统，其包括：移动通信基站、终端、移动通信网络、监测站和网络侧设备；

移动通信基站，向终端发射3GPP移动通信信号，同时实时向监测站发送各移动通信基站的信号发射时间信息；

终端，接收各移动通信基站的3GPP移动通信信号，并从中提取出量测信息，然后将量测信息通过移动通信网络的业务信道发送至网络侧设备；所述量测信息包括：各移动通信基站的信号发射时间信息；

监测站，接收来自移动通信基站的信号发射时间信息Tt_i，结合监测站接收的各移动通信基站信号的本地时间为Tr_i，利用Δt_i＝Tr_i-(Tt_i+L_i/c)计算基站时间相对监测站标准时间的误差Δt_i，该误差即为时间校准信息Δt_i；其中，L_i为基站与监测站之间的距离，i＝1,2,3...，c为光速；

网络侧设备，接收终端发送来的量测信息以及接收监测站发来的各基站的时间校准信息Δt_i，并对量测信息进行解析获取终端接收基站信号时间Tr_u、基站信号的发射时间信息Tt_i，并根据 $({\mathrm{Tr}}_u-({\mathrm{Tt}}_i+{\mathrm{\Δt}}_i\left)\right)*c=\sqrt{{(x_i^u-X_i)}^2+{(y_i^u-Y_i)}^2+{(z_i^u-Z_i)}^2}$ 计算终端的位置信息以实现网络侧定位，其中，(X_i,Y_i,Z_i)为基站i的位置信息。

进一步的，所述量测信息还包括：3GPP移动通信信号的cellID信息、指纹信息；

网络侧设备，接收终端发送来的量测信息，通过cellID定位技术利用3GPP移动信号的cellID信息获得同一终端的第一位置信息，通过指纹匹配技术利用3GPP移动信号的指纹信息获得同一终端的第二位置信息，对同一终端的位置信息第一位置信息和第二位置信息通过位置域融合的方式进行信息融合，获得同一终端的最终定位结果。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所提出的导航通信深度融合系统架构只是在原通信系统的基础上进行了适应性的升级，增加了监测站和网络侧设备，完成基站时间的同步，从而利用通信信号的测距信息，在网络侧实现较高精度的融合定位。

在本发明中，所有的导航测距信息与通信信息融为同一系统中，且同一频段同一带宽，采用的均是3GPP通信信号的频段和带宽，并且使用目前已有的同一终端。这种方式不改变移动通信信号的任何协议，不对信号做任何的调整，不需要针对导航定位需求专门去架设无线电发射设备，不需单独申请频率资源，不需要额外的维护，不需要对终端进行升级改造。

附图说明

图1为本发明的网络侧的导航通信深度融合系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的网络侧的导航通信深度融合系统包括：终端、移动通信基站、移动通信网络、网络侧设备和监测站。

移动通信基站主要向终端发射3GPP移动通信信号，同时实时向监测站发送本地基站的信号发射时间信息。

终端主要收集各移动通信基站的3GPP移动通信信号，并从中提取出量测信息，然后将量测信息通过移动通信网络的业务信道发送至网络侧设备。该量测信息包括：本地移动通信基站的信号发射时间信息。

量测信息是3GPP协议中的导航时隙所固有的信息，因此并不需要对基站进行改造。此时各基站间的时间是并不完全同步的。此外，本系统并不局限于3GPP移动通信信号的量测信息，在某种探索模式下，还可收集其他任何系统的任何形式的测距信息，如：GNSS、蓝牙、WIFI以及终端自身的方向传感器等。

监测站接收来自移动通信基站的信号发射时间信息Tt_i，结合监测站接收的各移动通信基站信号的本地时间为Tr_i，利用Δt_i＝Tr_i-(Tt_i+L_i/c)计算基站时间相对监测站标准时间的误差Δt_i，该误差即为时间校准信息Δt_i；其中，L_i为基站与监测站之间的距离，i＝1,2,3...，c为光速；

具体的，监测站与基站的位置信息需提前经过测量，求得监测站与各基站的距离L_i(i＝1,2,3...)。监测站接收来自移动通信网络的3GPP信号，对其中的时间信息进行解析，获取各基站发射信号时的时间信息Tt_i(i＝1,2,3...)，监测站接收到各基站信号的本地时间为Tr_i(i＝1,2,3...)，结合提前已知的基站距离L_i(i＝1,2,3...)，则基站时间相对监测站标准时间的误差为Δt_i＝Tr_i-(Tt_i+L_i/c)，即为时间校准信息。其中c为光速，基于此，可获取每个基站的时间与监测站的时间差值Δt_i，可通过这个时间差值实现基站间的相对同步。时间监测站将各基站的时间校正信息Δt_i通过移动通信网络的业务信道发送给网络侧设备，从而在网络侧获得基站间的相对时间同步。

网络侧设备，接收终端发送来的量测信息以及接收监测站发来的各基站的时间校准信息Δt_i，并对量测信息进行解析获取终端接收基站信号时间Tr_u、基站信号的发射时间信息Tt_i，并根据 $({\mathrm{Tr}}_u-({\mathrm{Tt}}_i+{\mathrm{\Δt}}_i\left)\right)*c=\sqrt{{(x_i^u-X_i)}^2+{(y_i^u-Y_i)}^2+{(z_i^u-Z_i)}^2}$ 计算终端的位置信息以实现网络侧定位，其中，(X_i,Y_i,Z_i)为基站i的位置信息。

具体的，量测信息还包括：3GPP移动通信信号的cellID信息、指纹信息、基站属性等。网络侧设备接收终端发送来的量测信息，如3GPP移动信号的cellID信息指纹信息等，通过cellID定位技术、指纹匹配技术等方式，获得对同一终端的对应于各量测信息的多个定位信息通过位置域融合的方式进行信息融合，从而获取更高精度、更高可靠性的定位结果，融合方法主要有联邦卡尔曼、贝叶斯估计、神经网络、因子图等。如下：

网络侧设备根据所获取的CellID信息，从监测站数据中提取出对应的i基站校准时间信息Δt_i及位置信息再结合量测量中的测距信息，可建立方程 $({\mathrm{Tr}}_u-({\mathrm{Tt}}_i+{\mathrm{\Δt}}_i\left)\right)*c=\sqrt{{(x_i^u-X_i^s)}^2+{(y_i^u-Y_i^s)}^2+{(z_i^u-Z_i^s)}^2},$ 其中，Tr_u为终端接收信号时间，Tt_si为基站信号发射时间，这两个量均可由终端的量测信息中进行提取，为待求的终端位置。由此可见，只要获取到3个或3个以上的基站量测量，即可通过三角定位的方式计算求出终端的位置实现网络侧的定位。且位置精度只与Δt_i和的精度相关，而是提前已知的，因此，在监测站配备高精度授时接收机及高精度守时设备的情况下，能保证较高的定位精度。

网络侧设备的主要实现形式为服务器等计算设备。需要说明的是：如果终端侧需要最终的定位结果，网络侧服务器可通过移动通信的业务信道进行定位结果的发播。

本发明另一方面提出了一种基站间的时间同步方法，在已有的移动通信网络的基础上，增加监测站，主要通过以下方式实现：监测站的站址选择上应注意回避多路径和非视距的影响，监测站与各基站间是通视的。监测站需配备高精度的授时接收机及高精度的原子钟，从而保证监测站的本地时间精度。

本发明再一方面提出了一种网络侧的导航通信深度融合定位方法，对于1个终端，可测量多个基站的3GPP信号的量测信息，即网络侧设备可获取多个基站与终端间的量测信息。

本发明再一方面提出了一种导航通信深度融合的应用模式探索方法，本发明所涉及的量测信息主要为3GPP信号中所包含的固有测距信息，包括：cellID、指纹等，但本发明并不局限于3GPP信号，在条件具备的情况下，还可传输GNSS、WIFI、蓝牙、手机方向传感器等测距信息，最终将多类信息汇集到网络侧，多种信息可以互相补充、增强，提高融合定位的精度、可用性等性能，进行融合定位模式探索试验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种网络侧的导航通信深度融合系统，其特征在于，包括：移动通信基站、终端、移动通信网络、监测站和网络侧设备；

移动通信基站，向终端发射3GPP移动通信信号，同时实时向监测站发送各移动通信基站的信号发射时间信息；

终端，接收各移动通信基站的3GPP移动通信信号，并从中提取出量测信息，然后将量测信息通过移动通信网络的业务信道发送至网络侧设备；所述量测信息包括：各移动通信基站的信号发射时间信息；

监测站，接收来自移动通信基站的信号发射时间信息Tt_i，结合监测站接收的各移动通信基站信号的本地时间为Tr_i，利用Δt_i＝Tr_i-(Tt_i+L_i/c)计算基站时间相对监测站标准时间的误差Δt_i，该误差即为时间校准信息Δt_i；其中，L_i为基站与监测站之间的距离，i＝1,2,3...，c为光速；

网络侧设备，接收终端发送来的量测信息以及接收监测站发来的各基站的时间校准信息Δt_i，并对量测信息进行解析获取终端接收基站信号时间Tr_u、基站信号的发射时间信息Tt_i，并根据 $({\mathrm{Tr}}_u-({\mathrm{Tt}}_i+{\mathrm{\Δt}}_i\left)\right)*c=\sqrt{{(x_i^u-X_i)}^2+{(y_i^u-Y_i)}^2+{(z_i^u-Z_i)}^2}$ 计算终端的位置信息以实现网络侧定位，其中，(X_i,Y_i,Z_i)为基站i的位置信息。

2.如权利要求1所述的网络侧的导航通信深度融合系统，其特征在于，所述量测信息还包括：3GPP移动通信信号的cellID信息、指纹信息；

网络侧设备，接收终端发送来的量测信息，通过cellID定位技术利用3GPP移动信号的cellID信息获得同一终端的第一位置信息，通过指纹匹配技术利用3GPP移动信号的指纹信息获得同一终端的第二位置信息，对同一终端的位置信息第一位置信息和第二位置信息通过位置域融合的方式进行信息融合，获得同一终端的最终定位结果。